JPS59221178A - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JPS59221178A
JPS59221178A JP58096032A JP9603283A JPS59221178A JP S59221178 A JPS59221178 A JP S59221178A JP 58096032 A JP58096032 A JP 58096032A JP 9603283 A JP9603283 A JP 9603283A JP S59221178 A JPS59221178 A JP S59221178A
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JP58096032A
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Hiroshige Goto
浩成 後藤
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/30Transforming light or analogous information into electric information

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は例えばカメラ等に用いられる固体撮像装置に関
する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕 一固体撮像装置を
カメ2等に設け、被写体光度が大きく異なる像を撮影す
る場合には、信号出力を適正に保つためにAGC(自動
利得制御)機能が要求される。このようなAGC機能を
肩する固体撮像装置として例えば第1図、第2図に示す
装置が提案されている。第2図は第1図のA−A断面図
である。例えばP型7リコンの半導体基板1上にこの半
導体基板1と逆導電型の不純物を含む半導体領域により
フォトダイオード2を形成する。
フォトダイオード2にはゲート電極3と、リセット電′
@i、4とが設けられ、ゲート電極3とリセット電極4
との間には半導体基板1と逆導電型の不純物を高濃度に
含む浮遊拡散領域5が設けられ、リセット電極4に隣接
して半導体基板1と逆導電型の不純物を高濃度に含むド
レイン領域6が設けられている。フォトダイオード2は
分離配設された感光画素7−1.・・・、7−6に並列
に配置されており、感光画素7−1.・・・、7−6と
フォトダイオード2との入射光はほぼ同じ分布同じ強K
になる。感光画素7−1.・・・、7−6で発生した信
号電荷は移送ゲート8によりCODレジスタ9へ移送さ
れ、CODレジスタ9で移送された信号電荷は順次転送
され、出力部10で出力電圧に変換される。浮遊拡散領
域5の電位を検出するためにソースフォロワ回路11が
設けられ、このソースフォロワ回路11の出力を動作信
号発生部12により検知する。動作信号発生部12はソ
ースフォロワ回路11の出力が所定値を超えると動作信
号を発生し、移動ゲート8を駆動するとともにリセット
電極8を動作させて浮遊拡散領域5に蓄積されたフォト
ダイオード2からの電荷をクリアする。さらに第2図に
示すように、フォトダイオード2およびドレイン領域6
の外側にはチャネルストラプス13が設けられており、
半導体基板1上には絶縁膜14、光遮蔽膜15、保護膜
16が順番に設けられている。光遮蔽膜15はフォトダ
イオード2および感光画素7−1、・・・、7−6以外
の表面に光が入射するのを防止するために設けられてい
る。
次にこの固体撮像装置の動作を説明する。動作信号発生
部12からの動作信号によシ、感光画素7−1.・・・
、7−6に蓄積された信号電荷が移送ゲート8によ、9
CODレジスタ9に移送され、浮遊拡散領域5の電荷が
クリアされた後からの動作を考える。入射光によシ感光
画素7−1.・・・、7−6にはその強度分布に応じて
信号電荷が蓄積されるがフォトダイオード2も光電流を
発生する。このフォトダイオード2は感光画素7−1.
・・・、7−6に隣接して設けられているので、この光
電流は入射光の平均値に応じたものとなる。したがって
浮遊拡散領域5の電位の下降分は、 (感光画素7−1.・・・、7−6への入射光の平均の
光強度)×(経過時間) に比例する。したがってこの下降分をソースフォロワ回
路11で検出することによシ、各感光画素7−1.・・
・、7−6に蓄積された信°号電荷の平均値がわかる。
動作信号発生部12でソースフォロワ回路11の出力′
電圧を検出し、所定レベルに達したときに動作信号を発
生するようにすれば、CCDレジスタ9に移送される信
号電荷は絶対的な光強度によらず平均値が一定となり、
自動利得制御なされる。このときリセット電極4によシ
浮遊拡散領域5に蓄積された電荷をクリアして次の動作
に備える。
このようにして信号出力を自動利得制御することが可能
であるが、リセット電極4によシ浮遊拡散領域5の電荷
をクリアしてリセットするときにリセットノイズが発生
するため、浮遊拡散領域5に蓄積された光電流による電
荷量のみの信号をとシ出すことが困難で今るという問題
がある。ソースフォロワ回路11の出力電圧を第3図に
示す。
この出力波形かられかるように浮遊拡散領域5リセット
期間(I)と充電流蓄積期間α0とを繰シ返すようにし
てその電位を変化させるが、リセット期間(I)終了の
瞬間、すなわち充電流蓄積期間(6)の開始時に、リセ
ットノイズが発生するため、このリセットノイズ分RN
を考慮して零レベルを設定しないと、正しい出力電圧S
が得られない。したがって正しい出力電圧Sを得るため
にはリセットノイズ分RNを考慮した零レベルを厳密に
定める必吸がある。このためには■非常に短い時間でサ
ンプルして充電流蓄積期間(6)の開始の瞬間にサンプ
ルするようにする方法、■リセット期間(I)の間もサ
ンプルしリセットノイズ分RNを補正するようにする方
法、などが考えられる。
しかじ■の方法では、このように短い時間でサンプルす
るためにはきわめて高速の装置を必侠とするという問題
がある。また、■の方法では、このリセットノイズ分R
Nが、リセット電極4と浮遊拡散領域5の間の結合容量
やソースフォロワ回路11の増幅率等に依存するため補
正値を予め定めることが困難であるという問題がある。
〔発明の目的〕
本発明は上d己事情を考慮してなされたもので、リセッ
トノイズ分を考慮した出力電圧の正しい零レベルを簡単
に検出して、正しい自動利得制御がおこなえる固体撮像
装置を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために本発明による固体撮像装置は
、本来の電1荷蓄積部とほぼ同一形状の補償用電荷蓄積
部と、この補償用電荷蓄積部で蓄積された電荷量を検出
する補償用電荷量検出部を別に設け、この補償用電荷量
検出部の出力電圧を基準電圧とすることを特徴とする。
また本発明による固体撮像装置は、本来の感光部の少な
くとも一部分とほぼ同一形状であって光遮蔽膜を有する
補償用擬感光部を更に別に設けることを特徴とする。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例による固体撮像装置を第5図、第6図
に示す。すでに提案されている固体撮像装置と同様に、
半導体基板1上に、フォトダイオード2、ゲート電極3
、リセット電極4、浮遊拡散領域5、ドレイン領域6、
感光画素7−1.・・・。
7−6、移送ゲート8、CCDレジスタ9、出力部10
、ソースフォロワ回路11が形成されている。
本実施例による固体撮像装置はさらに補償用フォトダイ
オード四、補償用ゲート電極羽、補償用リセット笥、極
別、補償用浮遊拡散領域5、補償用ドレイン領域部、補
償用ソースフォロワ回路211を備えている。これらは
それぞれフォトダイオード2、ゲート電極3、リセット
電極4、浮遊拡散領域5、ドレイン領域6、ソースフォ
ロワ回路11とそれぞれ同一寸法に形成されていること
に特徴がある。しかし、第6図に示すようにフォトダイ
オード2の場合とは異なり、補償用フォトダイオードn
は全面が光遮蔽膜15でおおわれ外部からの光により光
電流が発生することはないととに注意されたい。動作信
号発生部υは、本来のソースフォロワ回路11と補償用
ソースフォロワ回路211の2つの出力電圧を入力し、
これら出力電圧に従って動作信号をす七ツ)1極4、補
償用リセット電極必、移送ゲート8に出力する。
次にこの固体撮像装置の動作を説明する。自動利得制御
についてはすでに提案されている固体撮像装置と同様で
ある。すなわち、フォトダイオード2に発生した光電流
によシ浮遊拡散領域5に蓄積された電荷は感光画素7−
1.・・・、7−6の信号電荷の平均値をあられすので
、この浮遊拡散領域5の電位をωtみ出すソースフォロ
ワ回路11の出力を検出することにより、絶対的な光強
度によらず自動利得制御ができる。本実施例では動作信
号発生部27における動作信号を発生させるために補償
用ソースフォロワ回路211の出力電圧を零レベルとし
てソースフォロワ回路11の出力電圧を検出する点が異
なる。補償用フォトダイオードnは光遮蔽膜15により
リセット後も光電流を発生することがなく、かつ補償用
フォトダイオードn等の補償用素子は、フォトダイオー
ド等の素子と同一形状であるためほぼ同一のリセットノ
イズ分を発生すると考えられる。すなわち、第7図に示
すようにソースフォロワ回路11の出力電圧は破線の如
くなシ、補償用ソースフ1フフ回路211の出力電圧は
実線の如くなる。これは同一の半導体基板上に形成され
る限シ、同一形状の素子の特性のバラツキは極めて少な
く押えることができるからである。
したがって光が入射することがない補償用フォトダイオ
ードηに隣接する補償用浮遊拡散領域δの電位を零レベ
ルとすることができる。
この実施例においては補償用フォトダイオードnはフォ
トダイオード2とはは同一寸法で形成したが、これはこ
れらフォトダイオード2,22の暗電流成分を補償する
ためである。暗電流成分が無視できるほど小さいならば
、補償用フォトダイオードηを設けなくともよい。また
はフォトダイオード2の全部でなく一部分だけをほぼ同
一寸法にして、補償用フォトダイオードを形成すること
としてもよい。この場合構成がよシ簡単になる。
またソースフォロワ回路11と補償用ソースフォロワ回
路211は必ずしも同一形状でなくともよく、要は補償
用ソースフォロワ回路211とソースフォロワ回路11
の増幅特性がほぼ同一であればよい。
〔発明の効果〕
以上の通シ、本発明によればリセットノイズ分を考慮し
た正しい零レベルを、わずがな補償用素子を形成するだ
けで極めて簡単に検出することができる。さらに本発明
によれば感光部特有の暗電流成分をも補償することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図はすでに提案されている固体撮像装置の平面図、
第2図は同固体撮像装置のA−A’断面図、第3図は第
2図の断面に沿ったポテンシャルの状態を示す図、第4
図は同固体撮像装置の動作を示すタイムチャート、 第5図は本発明の一実施例による固体撮像装置の平面図
、第6図は同固体撮像装置のB−B’断面図、第7図は
同固体撮像装置の動作を示すタイムチャートである。 1・・・半導体基板、2・・・フォトダイオード、3・
・・ゲート電極、4・・・リセット電極、5・・・浮遊
拡散領域、6・・・ドレイン領域、7−1.・・・、7
−6・・・感光画素、8・・・移送ゲート、9・・・C
CDレジスタ、1゜・°°出力電圧、11・・・ソース
フォロワ回路、12・・・動作信号発生部、13・・・
チャネルストラプス、14・・・絶縁膜、15・・・光
遮蔽膜、16・・・保護膜、22・・・補償用フォトダ
イオード、23川補償用ゲート電極、潤・・・補償用リ
セット電極、5・・・補償用浮遊拡散領域、26・・・
補償用ドレイン領域、n・・・動作信号発生部、211
・・・補償用ソースフォロワ回路。 出願人代理人  猪  股     清手続補正書(方
式) 昭和閏年9月2日 特許庁長官   若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和閏年4’!r’ ti’l’願第96032号2、
発明の名称 固体撮像装置 3、補正をする者 事件との関係勃許出願人 (307)東京芝浦電気株式会社

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に互いに分離配置され、入射光の強度
    分布に応じた信号電荷を発生する複数の感光画素と、こ
    れら感光画素に並列に配置され、前記感光画素で発生し
    た信号電荷を格納して順次転送するCCDレジスタと、
    前記感光画素で発生した信号電荷を、前記感光画素から
    前記CCDレジスタに移送する移送ゲートと、前記感光
    画素に並列に配置され、前記入射光の平均強度に応じた
    電荷を発生する感光部と、この感光部で発生した電荷を
    蓄積する電荷蓄積部と、この電荷蓄積部で蓄積された電
    荷量を検出する電荷量検出部と、この電荷量検出部の出
    力電圧が所定値を超えたときに動作信号を発生する動作
    信号発生部とを備え、この動作信号により前記移送ゲー
    トを動作させて前記信号電荷を前記感光画素から前記C
    CDレジスタに移送するとともに、前記電荷蓄積部に蓄
    積された電荷をクリアすることにより、前記CCDレジ
    スタに移送された前記信号電荷の平均電荷量を常に一定
    に保持する固体撮像装置において、 前記電荷蓄積部とほぼ同一形状で形成された補償用電荷
    蓄積部と、前記電荷量検出部とほぼ同一特性であって、
    この補償用電荷蓄積部で蓄積された電荷量を検出する補
    償用電荷量検出部とを備え、前記動作信号発生部は、こ
    の補償用電荷量検出部の出力電圧を基準電圧として前記
    電荷量検出部の出力電圧が前記所定値を超えたときに動
    作信号を発生することを特徴とする固体撮像装置。 2、半導体基板上に互いに分離配置され、入射光の強度
    分布に応じた信号電荷を発生する複数の感光画素と、こ
    れら感光画素に並列に配置され、前記感光画素で発生し
    た信号電荷を格納して順次転送するCCDレジスタと、
    前記感光画素で発生した信号電荷を、前記感光画素から
    前記CODレジスタに移送する移送ゲートと、前記感光
    画素に並列に配置され、前記入射光の平均強度に応じた
    電荷を発生する感光部と、この感光部で発生した電荷を
    蓄積する電荷蓄積部と、この電荷蓄積部で蓄積された電
    荷量を検出する電荷量検出部と、この電荷量検出部の出
    力電圧が所定値を超えたときに動作信号を発生する動作
    信号発生部とを備え、この動作信号によシ前記移送ゲー
    トを動作させて前記信号電荷を前記感光画素から前記C
    ODレジスタに移送するとともに、前記電荷蓄積部に蓄
    積された電荷をクリアすることにより、前記CODレジ
    スタに移送された前記信号電荷の平均電荷量を常に一定
    に保持する固体撮像装置において、 前記感光部の少なくとも一部分とt丘ホ同−形状であっ
    て、前記入射光を遮蔽する光遮蔽膜を梅する補償用擬感
    光部と、前記電荷蓄積部とほぼ同一形状であって、この
    補償用擬感光部で発生した電荷を蓄積する補償用電荷蓄
    積部と前記電荷量検出部とほぼ同一特性であって、この
    補償用電荷蓄積部で蓄積された電荷量を検出する補償用
    電荷蓄積部とを備え、前記動作信号発生部は、この補償
    用電荷量検出部の出力電圧を基準電圧として前記電荷量
    検出部の出力電圧が前記所定値を超えたときに動作信号
    を発生することを特徴とする固体撮像装置。
JP58096032A 1983-05-31 1983-05-31 固体撮像装置 Granted JPS59221178A (ja)

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JPH0437629B2 JPH0437629B2 (ja) 1992-06-19

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56154880A (en) * 1980-04-30 1981-11-30 Toshiba Corp Solid-state image sensor
JPS59131177A (ja) * 1983-01-17 1984-07-27 Mitsubishi Electric Corp 送電線故障位置検出装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPS59131177A (ja) * 1983-01-17 1984-07-27 Mitsubishi Electric Corp 送電線故障位置検出装置

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